KR102122639B1 - 3차원 구조물 코팅장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부에 진자운동이 가능한 리액터(200)가 구비된 진공챔버(100)를 포함하는 3차원 구조물 코팅장치로서, 상기 리액터(200)는 중공 형상으로 구비되는 몸체부(210), 상기 몸체부의 일 측에 형성된 공정가스 유입부(220), 상기 공정가스 유입부에 대향되는, 몸체부의 타 측에 형성된 공정가스 유출부(230)를 포함하며, 상기 공정가스 유입부(220)는 복수 개의 샤워헤드(221) 구조체로 구비되며, 상기 리액터(200)는 기 설정된 각도 범위내에서 진자운동을 하는 것을 특징으로 한다.

Description

3차원 구조물 코팅장치{COATING DEVICE OF 3 DIMENSION STRUCTURE}
본 발명은 3차원 구조물 코팅장치에 관한 것이다. 구체적으로는 기 설정된 각도 범위내에서 진자운동을 하는 3차원 구조물 코팅장치에 관한 것이다.
최근 미세구조인 3차원 나노 구조체에 대한 코팅 연구가 이슈가 되고 있다. 표면코팅이 요구되는 3차원 나노 구조체(nano scale structure)는 나노입자(nano particle) 구조체 또는 나노선(nano wire) 구조체 등 다양한 형태의 구조체가 해당될 수 있다.
원자층 증착법인 ALD(Atomic Layer Deposition) 등의 증착법을 이용하여, 3차원 나노 구조체를 증착하는 종래 기술들은 공정가스가 좌측에서 유입되어, 우측으로 유출되는 구조로 구현되는 것이 일반적이다. 그런데 이러한 구조에서는 유입구를 통해 유입되는 가스가 포물선 궤도로 이동하면서 확산된다. 따라서, 유입부 아래쪽에 놓인 증착대상물의 증착이 원활하지 않은 문제점이 있다. 즉 리액터 내부에 배치된 증착대상물의 위치에 따라서 증착두께가 불균일하게 되는 문제점이 있었다.
이에 본 출원인은 리액터 내부의 교반수단을 이용하여, 증착대상물의 증착두께를 균일하게 하는 한국등록특허 제10-1452262호를 제시한 바 있다.
본 발명은 교반수단외의 공정가스 유입부와 유출구의 배치위치, 샤워헤드의 도입, 리액터의 진자운동 등을 통해, 리액터 내부에 배치된 증착대상물의 위치에 상관없이 균일한 증착두께가 구비되도록 하는 것을 목적으로 한다.
(문헌 1) 한국등록특허공보 제10-1452262호 (2014.10.13)
본 발명에 따른 3차원 구조물 코팅장치는 다음과 같은 해결과제를 가진다.
첫째, 공정가스 유입부를 통해 유입된 공정가스가 리액터 내부의 모든 위치에 균일하게 전달되도록 한다.
둘째, 리액터의 진자운동의 각도범위를 조정하여, 증착효율을 증가시키고자 한다.
셋째, 증착대상물인 3차원 나노 구조체가 공정가스 유입부 및 유출구를 폐쇄시키지 못하도록 한다.
넷째, 증착대상물인 3차원 나노 구조체와 공정가스가 보다 원활히 접촉되도록 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
본 발명은 내부에 진자운동이 가능한 리액터가 구비된 진공챔버를 포함하는 3차원 구조물 코팅장치로서, 상기 리액터는 중공 형상으로 구비되는 몸체부, 상기 몸체부의 일 측에 형성된 공정가스 유입부, 상기 공정가스 유입부에 대향되는, 몸체부의 타 측에 형성된 공정가스 유출부를 포함하며, 상기 공정가스 유입부는 하나 이상의 샤워헤드 구조체로 구비되며, 상기 리액터는 기 설정된 각도 범위내에서 진자운동을 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 공정가스 유입부는 몸체부의 상면에 구비되고, 상기 공정가스 유출부는 몸체부의 하면에 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 공정가스 유입부는 몸체부의 일 측면에 구비되고, 상기 공정가스 유출부는 몸체부의 대향되는 타 측면에 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 순방향 이동 및 역방향 이동의 최대 각도는 몸체부 내부에 3차원 구조물(X)이 배치된 위치가 인접한 공정가스 유입부보다 낮은 위치가 되는 각도인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 몸체부의 상측에는 탈착가능한 상판 플레이트가 결합될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 몸체부는 상측에서 하측으로 갈수록 평 단면적이 감소되는 형상으로 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 몸체부는 정 단면이 반원 형상이 가능하다.
본 발명에 있어서, 상기 몸체부는 모든 부분의 평 단면적이 동일한 형상으로 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 공정가스 유입부 및 상기 공정가스 유출부의 앞 쪽에는 필터부재가 배치될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 필터부재는 메쉬구조체가 될 수 있다.
본 발명에 따른 3차원 구조물 코팅장치는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 공정가스 유입부와 유출부가 대향되는 위치에 배치하고, 나아가 유입부와 유출부를 상하위치에 각각 배치하여, 공정가스가 리액터 내부의 모든 위치에 균일하게 전달되는 효과가 있다.
둘째, 리액터의 진자운동의 각도범위를 특정하여, 증착대상물의 증착효율을 증가시키는 효과가 있다.
셋째, 공정가스 유입부 및 유출구의 앞쪽에 필터부재를 배치하여, 증착대상물이 유입부 및 유출부를 막는 것을 방지하는 효과가 있다.
넷째, 유입된 가스의 흐름을 개선하여, 증착대상물인 3차원 나노 구조체와 공정가스가 보다 원활히 접촉되는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 구조물 코팅장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 리액터의 일 실시예의 외형을 나타낸 모식도이다.
도 3는 도 2의 A-A'선에 따른 리액터 몸체부의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 샤워헤드의 일 실시예의 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 따른 리액터 몸체부의 최대각도의 일 실시예를 나타낸다.
도 6은 도 5에 따른 리액터 몸체부의 최대각도의 타 실시예를 나타낸다.
도 7은 도 5에 따른 리액터 몸체부에 필터부재가 구비된 실시예를 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 상,하,전,후,좌,우,내 외 등의 방향은 제시된 도면을 기준으로 이해될 수 있다. 또한, 도면은 발명의 특징을 표현하기 위하여, 과도하게 과장하여 도시될 수도 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 파우더 코팅 장치를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 설명에서 본 발명의 파우더 코팅 장치는 ALD(원자층 증착법) 시스템에 적용되는 예를 설명하나, CVD(화학적 기상증착법) 및 PVD(물리적 기상증착법)에도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 구조물 코팅장치의 개념도이다. 본 발명에 따른 3차원 구조물 코팅장치는 내부에 진자운동이 가능한 리액터(200)가 구비된 진공챔버(100)를 포함한다.
본 발명의 기술 특징은 리액터(200)에 관한 것이다. 따라서, 리액터(200) 이외의 구성은 기존의 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(100); 상기 진공 챔버(100) 내에 진자운동이 가능하고 탈착가능하게 설치되는 리액터(reactor)(200); 상기 리액터(200)의 진자운동을 제어하는 회전 유닛(300); 상기 리액터(200) 내로 공정 가스를 제공하기 위한 공정가스 공급유닛(400); 및 상기 리액터(200) 주위에 설치되어 공정에 필요한 온도를 제공하는 히터 유닛(500)을 포함할 수 있다. 또한 진공/배기유닛(700)은 진공 챔버 내부를 진공 상태로 하며, 상기 공정가스 공급유닛(400)에 의해 제공된 공정가스를 배기시키기 위해 구비될 수 있다.
공정가스 공급유닛(400)에 연결되는 일측 샤프트(110)는 공정가스 공급유닛(400)으로부터 제공되는 가스가 리액터(200)로 제공되도록 중공의 형태를 가질 수 있다. 이에 따라 상기 일측 샤프트(110)는 공급가스 유입 통로의 기능도 한다. 이렇게 유입된 공급가스는 리액터의 측면부에서 공급될 수도 있으며, 상면부로 이동된 후 리액터 내부로 공급될 수도 있다. 이 경우, 이동통로는 리액터의 몸체부(210)의 두께에 해당되는 공간 내부에 형성되는 것이 바람직하다.
진공 챔버(100)는 내부에 리액터(200)를 분리 및 조립할 수 있도록 개폐가능한 구성을 갖고 형성될 수 있다.
회전 유닛(300)은 리액터(200)를 진자운동시키는 모터 등의 회전구동부재(310) 및 회전구동부재(310)의 회전속도 및 회전방향 등을 제어하기 위한 회전제어수단(320)을 포함할 수 있다.
공정가스 공급유닛(400)은 리액터(200)의 내부로 공정에 필요한 공정가스, 즉 소스 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스 등을 공급하고 차단하는 것이며, 이 공정가스 공급유닛(400)의 동작은 컨트롤러(미도시)에 의해 제어될 수 있다. 공정가스 공급유닛(400)으로는 ALD, CVD, 스퍼터(Sputter) 등에 포함되는 공지의 증착 유닛에 사용되는 것을 채택할 수 있다.
히터 유닛(500)은 리액터(200) 내부에서 수행되는 반응에 필요한 온도를 제공하기 위한 것으로서, 히터(510) 및 히터(510)를 제어하는 히터 제어 수단(520)이 포함될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 리액터(200)의 기술 특징을 구체적으로 설명하고자 한다.
본 발명에 따른 리액터(200)는 중공 형상으로 구비되는 몸체부(210), 상기 몸체부의 일 측에 형성된 공정가스 유입부(220), 상기 공정가스 유입부에 대향되는, 몸체부의 타 측에 형성된 공정가스 유출부(230)를 포함한다.
공정가스 유입부(220)와 공정가스 유출부(230)는 상-하배치, 하-상 배치, 좌-우배치, 우-좌배치 등과 같이, 서로 마주보도록 대향되는 위치에 배치될 수 있다. 이는 유입된 공정가스가 유출되기 전에 리액터(200) 내부에서 최대한 많은 시간을 보내고, 최대한 많은 경로를 거치도록 하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 공정가스 유입부(220)는 복수개의 위치에 형성될 수 있다. 또한 일반 노즐 뿐만 아니라, 도 4와 같은 샤워헤드(221) 구조체로 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 리액터(200)는 기 설정된 각도 범위내에서 진자운동을 할 수 있다. 리액터의 진자운동에 관하여는 이후에 상세히 설명하고자 한다.
본 발명에 따른 일 실시예로서, 공정가스 유입부(220)는 몸체부(210)의 상면에 구비되고, 공정가스 유출부(230)는 몸체부(210)의 하면에 구비될 수 있다. 도 3은 도 2의 A-A'선에 따른 리액터 몸체부의 단면도로서, 이러한 실시예를 설명하고 있다.
공정가스가 상측에서 유입되고, 하측에서 유출되면, 중력이 작용되어 아래 방향으로 하강하는 성향이 강해질 수 있다. 이 경우 공정가스의 이동 시간 및 이동 경로가 단축될 수도 있다. 하지만, 원하는 위치에 공정가스가 이동되도록 할 수도 있다. 따라서, 이 경우 공정가스 유입부(230)를 복수개 구비하여, 리액터(200) 내부에 골고루 공정가스가 이동되도록 하는 것이 바람직하다. 나아가, 공정가스 유입부(230)를 샤워헤드 구조체(221)로 구비하여, 보다 넓은 범위로 공정가스가 이동되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 다른 실시예로서, 공정가스 유입부(220)는 몸체부(210)의 일 측면(212)에 구비되고, 공정가스 유출부(230)는 몸체부의 대향되는 타 측면(213)에 구비될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 도 3에 따른 리액터 몸체부의 최대각도의 일 실시예를 나타낸다. 도 5a는 리액터가 시계방향으로 진자운동하면서 이동하는 것을 나타내며, 이를 순방향으로 지칭한다. 또한, 도 5b는 리액터가 반시계방향으로 진자운동하면서 이동하는 것을 나타내며, 이를 역방향으로 지칭한다.
본 발명에 따른 리액터(200)는 기 설정된 각도 범위내에서 리액터(200)가 순방향 및 역방향으로 반복하여 진자운동을 할 수 있다. 시계추와 같이 일정한 범위에서 순방향 이동 및 역방향 이동을 반복할 수 있다.
순방향 이동 및 역방향 이동의 최대각도는 도 5a 및 도 5b의 'B 선'과 같이, 몸체부 내부에 3차원 구조물(X)이 배치된 위치가 인접한 공정가스 유입부(220)보다 낮은 위치가 되는 각도인 것이 바람직하다. 3차원 구조물(X)이 배치된 위치가 공정가스 유입부(220)보다 높은 위치가 되면, 3차원 구조물(X)이 공정가스 유입부(220)로 이동하여, 공정가스 유입부(220)의 통로를 막을 수가 있기 때문에, 이를 방지하기 위한 것이다.
이러한 최대각도는 몸체부 내부에 3차원 구조물(X)이 어떻게 배치되느냐에 따라 변동될 수 있다.
도 6은 도 4에 따른 리액터 몸체부의 최대각도의 타 실시예를 나타낸다. 도 6의 'C 선'을 살펴보면, 3차원 구조물(X)가 배치되는 정도에 따라 최대각도가 더 증가할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 몸체부(210)의 상측에는 탈착가능한 상판 플레이트(211)가 결합될 수 있다. 상판 플레이트(210)를 탈착시킨 후 몸체부(210) 내부에 증착대상물인 3차원 구조물을 배치시키고, 다시 결착시킬 수 있다.
또한, 상판 플레이트(211)에는 공정가스 유입부(220) 내지 샤워헤드 구조체(221)가 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 몸체부(210)는, 상측에서 하측으로 갈수록 평 단면적이 감소되는 형상으로 구비될 수 있다. 일 실시예로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 몸체부(210)는 정 단면이 반원 형상일 수 있다. 이러한 실시예는 공정가스 유입부(220)가 상측에 구비되고, 공정가스 유출부(230)가 하측에 구비되는 실시예에 더욱 적합하다. 왜냐하면, 상측에서 유입된 공정가스는 중력에 의해 하측으로 이동하게 되는데, 공정가스 유출부(230)가 더 좁은 하측에, 특히 중앙부분에 형성되면, 유입된 공정가스와 3차원 구조물(X)가 보다 많이 접촉하게 되기 때문이다.
한편, 본 발명에 따른 몸체부(210)는 모든 부분의 평 단면적이 동일한 형상으로 구비될 수 있다. 이러한 실시예는 공정가스 유입부(220)가 좌측에 구비되고, 공정가스 유출부(230)가 우측에 구비되는 실시예에 더욱 적합하다.
본 발명에 따른 공정가스 유입부(220) 및 공정가스 유출부(230)의 앞 쪽에는 필터부재(240)가 배치될 수 있다(도 7 참조). 필터부재(240)는 다양한 형태의 필터구조체가 가능하며, 메쉬(mesh) 구조체가 더욱 바람직하다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 진공챔버
110: 일측 샤프트(공정가스 공급유닛 측 샤프트)
120: 타측 샤프트(회전유닛 측 샤프트)
300: 회전 유닛
310: 회전 구동 부재 320: 회전 제어 수단
400: 공정가스 공급유닛 500: 히터 유닛
510: 히터 520: 히터 제어 수단
700: 진공/배기 유닛
200 : 리액터 210 : 몸체부
211 : 상부 플레이트 212 : 좌측면
213 : 우측면 220 : 공정가스 유입부
221 : 샤워헤드 구조체 230 : 공정가스 유출부
240 : 필터부재
B 선, C 선 : 최대각도 기준선
X : 3차원 나노 구조물

Claims (12)

  1. 내부에 진자운동이 가능한 리액터가 구비된 진공챔버를 포함하는 3차원 구조물 코팅장치로서,
    상기 리액터는 중공 형상으로 구비되는 몸체부, 상기 몸체부의 일 측에 형성된 공정가스 유입부, 상기 공정가스 유입부에 대향되는, 몸체부의 타 측에 형성된 공정가스 유출부를 포함하며,
    상기 공정가스 유입부는 하나 이상의 샤워헤드 구조체로 구비되며,
    상기 리액터는 기 설정된 각도 범위내에서 진자운동을 하며,
    진자운동의 최대 각도는 몸체부 내부에 3차원 구조물(X)이 배치된 위치가 인접한 공정가스 유입부보다 낮은 위치가 되는 각도인 것을 특징으로 하는 3차원 구조물 코팅장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공정가스 유입부는 몸체부의 상면에 구비되고, 상기 공정가스 유출부는 몸체부의 하면에 구비되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물 코팅장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 공정가스 유입부는 몸체부의 일 측면에 구비되고, 상기 공정가스 유출부는 몸체부의 대향되는 타 측면에 구비되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물 코팅장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 몸체부의 상측에는 탈착가능한 상판 플레이트가 결합되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물 코팅장치.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 몸체부는 상측에서 하측으로 갈수록 평 단면적이 감소되는 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물 코팅장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 몸체부는 정 단면이 반원 형상인 것을 특징으로 하는 3차원 구조물 코팅장치.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 몸체부는 모든 부분의 평 단면적이 동일한 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물 코팅장치.
  11. 청구항 1에 있어서
    상기 공정가스 유입부 및 상기 공정가스 유출부의 앞 쪽에는 필터부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물 코팅장치.
  12. 청구항 11에 있어서
    상기 필터부재는 메쉬구조체인 것을 특징으로 하는 3차원 구조물 코팅장치.
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